拖拉机活塞销的选材及热处理工艺与设备设计【字数：13012】
20Cr属于优质低碳合金结构钢,现在是主要应用于重载活塞销、渗碳轴承等零件上，此类零件较小，因此我们需要采取合理科学的热处理工艺，这样才能满足使用的要求。经过综合调查20Cr在应用中的使用性能及企业在这方面的热处理工艺。通过热处理工艺分析20Cr，分析不同热处理工艺对20Cr钢的性能的影响，从而得到20Cr最完美的一套热处理工艺，使得实际生产程序简化、节省大量时间和资源消耗。本文针对拖拉机活塞销，通过材料成分分析、热处理工艺分析及热处理工艺优化，得到20Cr最好的热处理工艺，从而得到更有效果的性能。针对该材料采用相应的热处理方案。我设计了整个热处理流程先进行去应力退火，880℃加热，保温2h，炉冷至550℃出炉空冷硬度≤197HBW。消除残余应力。正火，使晶粒细化和碳化物分布均匀化，去除材料的内应力。渗碳，提高疲劳强度，保持工件韧性。淬火，保持工件的高硬度、耐磨性与抗疲劳性能。回火，提高机械性能。通过此方案得到了20Cr这种优质合金钢。从而使活塞销具有足够高的机械强度和耐磨性，同时还要有较高的疲劳强度。
目 录
1. 绪论 1
1.1 课题的目的和意义 1
1.2 课题研究的主要内容 2
1.3 本课题解决思路或实验方法 2
2. 20Cr材料分析 3
2.1 20Cr的化学成分 4
2.2 20Cr的合金元素和淬透性分析 4
2.3 20Cr的主要性能 5
2.4 20Cr钢的主要用途 5
2.4.1 20Cr性能特点 4
2.4.2 20Cr用途示例 4
3. 20Cr钢热处理工艺分析 6
3.1 20Cr钢主要热处理工艺方法 6
3.1.1 预备热处理工艺方法 6
3.1.2 最终热处理工艺方法 7
3.1.3 20Cr钢的渗碳处理金相组织 12
4. 20Cr热处理工艺优化 14
4.1 去应力退火工艺优化 14
4.1.1 试验材料与分析 14
4.1.2 实验方法 15
4.2 渗碳工艺优化 15
4.3 淬火工艺优化 17
*好棒文|www.hbsrm.com +Q: ^351916072#
4.3.1淬火工艺数据 17
4.3.2淬火优化总结 19
4.4 回火工艺优化 19
4.4.1 试验与分析 19
4.4.2 回火优化总结 21
5. 活塞销的热处理工艺分析 21
6. 热处理设备 22
7. 结论 23
参考文献 24
总结 25 绪论
1.1 课题的目的和意义
最近一些年来，国家对农业的重视，大力推行机械化生产，农业机械的应用迎来了新的挑战，然而对于机械产业来说动力是极为重要的，所以找到一款实用经济的发动机是很重要的。此外，国家出台了对应的优惠政策，使我国农民的购买拖拉机成本下降了40%左右，有利于调动农民的购机积极性，从而使我国的拖拉机市场迅速发展。
活塞销是装在活塞裙部的圆柱形销子，它的中部穿过连杆小头孔，连接活塞和连杆，把活塞承受的气体作用力传给连杆。为了减轻重量，活塞销一般用优质合金钢制造，并作成空心。活塞销的结构形状很简单，是一个厚壁空心圆柱。其内孔形状有圆柱形、两段截锥形和组合形。圆柱形孔加工容易，但活塞销的质量较大；两段截锥形孔的活塞销质量较小，且因为活塞销所受的弯矩在其中部最大，接近于等强度梁，锥孔加工较难。活塞销的工作条件为承受压比大，无法形成油膜，变形不协调。因此其设计要求具有足够高的机械强度和耐磨性，同时还要有较高的疲劳强度。
性能要求：（1）在高温下，活塞销承受很大的周期性的冲击负荷，而且由于活塞销在销孔内摆动的幅度不大，很难形成润滑油膜，润滑的条件比较差。所以活塞销必须有足够的刚度、强度和耐磨性，质量尽可能小，销与销孔应该有良好的配合间隙和适合的表面质量。在一般情况下，活塞销的刚度最重要，如果活塞销发生弯曲变形，可能使活塞销座损坏；（2）具有足够的冲击韧性；（3）具有较高的疲劳强度。
活塞销的材料选择为低碳钢或低碳合金钢，如20Cr、15Cr、20或20CrMnTi等。外表面渗碳淬硬，再经精磨和抛光等精加工。因此提高了表面硬度和耐磨性，又保证有良好的强度和冲击韧性。
(1)20钢为低碳钢，因为碳含量低，淬透性差，强度低，渗碳以后，强度依然不高，使用于表面耐磨、载荷小、冲击轻微要求强度低的小工件，如轴套、小水阀等。
(2)15Cr是常用的低碳合金渗碳钢，渗碳时，可显著地增加表面含碳量，增大渗碳深度，但在高温长时间渗碳时有晶粒长大倾向及形成网状碳化物的倾向；对形状简单、要求不高的零件，渗碳后可直接降温淬火，但热处理后变形较大，又有回火脆性。
(3)20Cr与15Cr钢相比，有较高的强度及淬透性，在油中临界淬透直径达422mm，在水中临界淬透直径达1140mm，韧性较差，此钢渗碳时仍有晶粒长大倾向，降温直接淬火对冲击韧性影响较大，所以渗碳后需淬火以提高零件心部韧性，无回火脆性。
(4)20CrMnTi是渗碳钢，渗碳钢通常为含碳量为0.17%0.24%的低碳钢。汽车上用它制造传动齿轮，是中淬透性渗碳钢，其淬透性较高，在保证淬透情况下，具有较高的强度和韧性，特别是具有较高的低温冲击韧性。20CrMnTi表面渗碳硬化处理用钢。良好的加工性，加工变形微小，抗疲劳性能相当好。主要用途有：用于齿轮，轴类，活塞类零配件以及汽车，飞机各种特殊零件部位。
1.2 课题研究的主要内容
金属热处理是将工件放在一定的介质中通过加热、保温、冷却等实验步骤来改变金属材料表面或内部的组织结构，使它获得一种特殊性能的总称。
金属材料性能主要包括工艺性能和使用性能两大类。工艺性能是指在零件的制造加工的工艺中，在特定的冷热加工交替的条件下金属材料所表现出来的具体性能特点。零件在制造加工过程中成形的适应能力是由金属材料工艺性能的好坏所决定的。零件所需的加工条件不同，继而所要的工艺性能也就不同，比如说零件的锻造性能、可塑性、可焊性、热处理性能，切削加工性能等等，这些都是根据零件的加工条件所改变的。使用性能是指机械零件在被使用过程中，金属材料所表现出来的性能，其中使用性能包括机械、化学、物理性能等。 此外金属材料的使用范围的大小和使用寿命的长短还与金属材料的使用性能有关。
目 录
1. 绪论 1
1.1 课题的目的和意义 1
1.2 课题研究的主要内容 2
1.3 本课题解决思路或实验方法 2
2. 20Cr材料分析 3
2.1 20Cr的化学成分 4
2.2 20Cr的合金元素和淬透性分析 4
2.3 20Cr的主要性能 5
2.4 20Cr钢的主要用途 5
2.4.1 20Cr性能特点 4
2.4.2 20Cr用途示例 4
3. 20Cr钢热处理工艺分析 6
3.1 20Cr钢主要热处理工艺方法 6
3.1.1 预备热处理工艺方法 6
3.1.2 最终热处理工艺方法 7
3.1.3 20Cr钢的渗碳处理金相组织 12
4. 20Cr热处理工艺优化 14
4.1 去应力退火工艺优化 14
4.1.1 试验材料与分析 14
4.1.2 实验方法 15
4.2 渗碳工艺优化 15
4.3 淬火工艺优化 17
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4.3.1淬火工艺数据 17
4.3.2淬火优化总结 19
4.4 回火工艺优化 19
4.4.1 试验与分析 19
4.4.2 回火优化总结 21
5. 活塞销的热处理工艺分析 21
6. 热处理设备 22
7. 结论 23
参考文献 24
总结 25 绪论
1.1 课题的目的和意义
最近一些年来，国家对农业的重视，大力推行机械化生产，农业机械的应用迎来了新的挑战，然而对于机械产业来说动力是极为重要的，所以找到一款实用经济的发动机是很重要的。此外，国家出台了对应的优惠政策，使我国农民的购买拖拉机成本下降了40%左右，有利于调动农民的购机积极性，从而使我国的拖拉机市场迅速发展。
活塞销是装在活塞裙部的圆柱形销子，它的中部穿过连杆小头孔，连接活塞和连杆，把活塞承受的气体作用力传给连杆。为了减轻重量，活塞销一般用优质合金钢制造，并作成空心。活塞销的结构形状很简单，是一个厚壁空心圆柱。其内孔形状有圆柱形、两段截锥形和组合形。圆柱形孔加工容易，但活塞销的质量较大；两段截锥形孔的活塞销质量较小，且因为活塞销所受的弯矩在其中部最大，接近于等强度梁，锥孔加工较难。活塞销的工作条件为承受压比大，无法形成油膜，变形不协调。因此其设计要求具有足够高的机械强度和耐磨性，同时还要有较高的疲劳强度。
性能要求：（1）在高温下，活塞销承受很大的周期性的冲击负荷，而且由于活塞销在销孔内摆动的幅度不大，很难形成润滑油膜，润滑的条件比较差。所以活塞销必须有足够的刚度、强度和耐磨性，质量尽可能小，销与销孔应该有良好的配合间隙和适合的表面质量。在一般情况下，活塞销的刚度最重要，如果活塞销发生弯曲变形，可能使活塞销座损坏；（2）具有足够的冲击韧性；（3）具有较高的疲劳强度。
活塞销的材料选择为低碳钢或低碳合金钢，如20Cr、15Cr、20或20CrMnTi等。外表面渗碳淬硬，再经精磨和抛光等精加工。因此提高了表面硬度和耐磨性，又保证有良好的强度和冲击韧性。
(1)20钢为低碳钢，因为碳含量低，淬透性差，强度低，渗碳以后，强度依然不高，使用于表面耐磨、载荷小、冲击轻微要求强度低的小工件，如轴套、小水阀等。
(2)15Cr是常用的低碳合金渗碳钢，渗碳时，可显著地增加表面含碳量，增大渗碳深度，但在高温长时间渗碳时有晶粒长大倾向及形成网状碳化物的倾向；对形状简单、要求不高的零件，渗碳后可直接降温淬火，但热处理后变形较大，又有回火脆性。
(3)20Cr与15Cr钢相比，有较高的强度及淬透性，在油中临界淬透直径达422mm，在水中临界淬透直径达1140mm，韧性较差，此钢渗碳时仍有晶粒长大倾向，降温直接淬火对冲击韧性影响较大，所以渗碳后需淬火以提高零件心部韧性，无回火脆性。
(4)20CrMnTi是渗碳钢，渗碳钢通常为含碳量为0.17%0.24%的低碳钢。汽车上用它制造传动齿轮，是中淬透性渗碳钢，其淬透性较高，在保证淬透情况下，具有较高的强度和韧性，特别是具有较高的低温冲击韧性。20CrMnTi表面渗碳硬化处理用钢。良好的加工性，加工变形微小，抗疲劳性能相当好。主要用途有：用于齿轮，轴类，活塞类零配件以及汽车，飞机各种特殊零件部位。
1.2 课题研究的主要内容
金属热处理是将工件放在一定的介质中通过加热、保温、冷却等实验步骤来改变金属材料表面或内部的组织结构，使它获得一种特殊性能的总称。
金属材料性能主要包括工艺性能和使用性能两大类。工艺性能是指在零件的制造加工的工艺中，在特定的冷热加工交替的条件下金属材料所表现出来的具体性能特点。零件在制造加工过程中成形的适应能力是由金属材料工艺性能的好坏所决定的。零件所需的加工条件不同，继而所要的工艺性能也就不同，比如说零件的锻造性能、可塑性、可焊性、热处理性能，切削加工性能等等，这些都是根据零件的加工条件所改变的。使用性能是指机械零件在被使用过程中，金属材料所表现出来的性能，其中使用性能包括机械、化学、物理性能等。 此外金属材料的使用范围的大小和使用寿命的长短还与金属材料的使用性能有关。
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